EicheFIT-WF-Projekt

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

Klimafitte Eichenwälder: genetisches Anpassungspotenzial der Eichenarten, Hybriden, Saatguterntebestände und –plantagen WF-Projekt

Titel (englisch)

Climate-smart oak forests: genetic adaptation potential of oak species, hybrids, seed stands and orchards WF-Project

Abstrakt (englisch)

The project will investigate oak species under climate change aspects from various angles. Turkey oak (Quercus cerris) and other species or possible hybrids from Southeastern Europe will be analyzed compared to Austrian stands . Selections will be done also in their native countries. Existing provenance tests with pedunculate oak (Qu. robur) in Austria will be characterized for their phenotypic plasticity. Red oak (Qu. rubra) stands in Austria will be analyzed for their genetic variation and possible use as seed sources. All genetic tests will be based on latest genomic data, e.g. new, high-quality reference genomes of Qu. cerris and Qu. rubra.
For Turkey oak, trees and stands in Austria will be measured and assessed, and compared to stands in its distribution centre in SE Europe. The genetic potential of the Austria trees will be estimated by comparing their genomic configuration. Relations between tree performance and general levels of genomic variation will reveal whether the species shows effects of marginality in Austria, which could be a general deficit in genetic variation, but also accelerated adaptation to local conditions.
For Qu. pubescens (downey oak) and its possible hybrids described in SE Europe, individuals and stands with promising growth characteristics will be visited and described. A thorough genetic investigation will aim at revealing the possible hybridization events that led to the special taxa present in these countries. Crossing experiments in Austrian seed orchards will try to re-create such hybrids and assess the resulting seedlings.
For pedunculate oak, the Austrian provenance trials, and individual trees selected there, will be tested for phenotypic plasticity (the ability of a given genotype to form various phenotypes under contrasting conditions) in drought stress experiments . This will be done in the field and under controlled conditions in a climate chamber (using grafts). Gene expression and a metabolomic analysis (determination of all metabolites) will be measured under simulated water stress and regeneration, in order to quantify differences among provenances and individuals.
For red oak, aims of the project are to identify provenances (original North American and European/Austrian), to determine genetic diversity and diversity, adaptation potential especially under drought stress, and the development of genetic and genomic approaches for characterizing drought-related genes.

Schlagwörter (deutsch)

Klimawandel, Waldfonds, Eichenarten, Herkünfte, Quercus cerris, Quercus robur, Quecus pubescens, Quercus rubra, Hybride, Genetik, Genome

Projektleitung

Berthold Heinze

Forschungseinrichtung

Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Projektnummer

101657

Projektlaufzeit

-

Projektziele

Die Zerreiche (Quercus cerris) und weitere Arten wie die Flaumeiche (Q. pubescens, und deren Verwandte) sowie die ungarische Eiche (Q. frainetto) erreichen zum Teil in Österreich ihre Arealränder. Zumindest die Zerreiche kann auch nutzbare Holz-Qualitäten produzieren. Da sie an Wärme und Trockenheit besser angepasst sind, soll in dem Projekt eine erste Analyse ihres genetischen Potenzials in Österreich durchgeführt werden. Dazu werden Bestände und Einzelbäume gesucht, ihre Standorte genau charakterisiert, und die Baumdaten (Wachstum in Höhe und Durchmesser; Jahrringe) mit den Klimadaten während ihrer Lebenszeit verglichen. Diese Daten werden genetischen Daten für jeden Baum gegenübergestellt. Diese genetischen Daten werden im Vergleich zu den besser untersuchten Stiel- und Traubeneichen an dort bereits bekannten Genmarkern in großer Anzahl (einigen zehntausend) erhoben. Vergleichsbestände aus den Zentren der Verbreitungsgebiete der wärmeliebenden Eichen in Süd- und Osteuropa werden ebenfalls genetisch untersucht und mit den österreichischen verglichen. Aus diesem Vergleich kann das Potenzial einheimischer Herkünfte für den Klimawandel geschätzt werden, und eventuell notwendige Ergänzungen mit anderen europäischen Herkünften können vorgeschlagen werden. Der Forstwirtschaft wird damit eine Alternative für Extremstandorte im \"sommerwarmen Osten\" Österreichs zur Verfügung gestellt, die bald auch für weitere Gebiete interessant werden kann.
Für südosteuropäische Hybrideichen (AP2) ist geplant, einerseits Vermehrungsgut insbesondere der Flaumeiche (etwa 5 Herkünfte) sowie der östlichen Formen von Stieleiche und Traubeneichen bzw. weiterer Taxa in den entsprechenden Vorkommensgebieten (Ungarn, Rumänien) zu sammeln (Qu. polycarpa, Qu. dalechampii, Qu. frainetto und deren Hybriden). Darüber hinaus sollen auch in den vorhandenen Bundesplantagen künstliche Kreuzungen insbesondere mit der Flaum-Eiche durchgeführt werden und das resultierende Vermehrungsgut auf seine Wuchseigenschaften hin untersucht werden. Das so gewonnene Pflanzgut soll für die Anlage von entsprechenden Versuchsflächen verwendet werden, die langfristig vom BFW betreut und ausgewertet werden. Zusätzlich sollen aus allen besammelten Populationen auch DNA-Proben gewonnen werden, um die Verwandtschaft zwischen den Formen bzw. den Grad der Hybridisierung (Elterntaxa) bestimmen zu können.
Im Vordergrund des dritten Arbeitspakets steht als das Hauptziel die Untersuchung und Quantifizierung der Plastizität (hier Reaktion auf Trockenstress) von selektierten Elite-Stieleichenherkünften und -individuen, die anhand ihrer Zuchtwerte kürzlich für die Anlage von zwei Samenplantagen selektiert worden sind. Konkret sollen die zu untersuchenden Stieleichen zuerst genetisch charakterisiert werden. Weiters wird ihre Reaktion auf Trockenstress im Feld, d.h. unter natürlichen Bedingungen sowie auch in Experiment unter kontrollierten Bedingungen in einer Klimakammer bestimmt, quantifiziert und verglichen. Das Experiment erlaubt, die Gen-Expression und das Metabolom der Trockentoleranz bei simuliertem Wasser-Defizit Stress und anschließender Regeneration nach Bewässerung unter kontrollierten Bedingungen zu beschreiben, zu quantifizieren und auf Unterschiede zwischen den Herkünften und Individuen zu untersuchen.
Bei der Roteiche sind die Ziele: i) Herkunftsidentifikation, ii) genetische Vielfalt und Diversität, iii) Untersuchung der Anpassungsfähigkeit unter besonderer Berücksichtigung der Trockenstresstoleranz, und iv) Entwicklung genetischer und genomischer Ansätze zur Charakterisierung von Trockenstress-relevanten Genen.

Praxisrelevanz

Mit den Ergebnissen dieses Projektes soll der Forstwirtschaft fundiertes Wissen über alternative Baumarten, die in Österreich heimisch sind, aber hier ihre derzeitige nördliche Verbreitungsgrenze erreichen bzw. die vor wenigen Generationen eingeführt wurden, im Hinblick auf den Klimawandel geboten werden. Die forstliche Auswahl besonders geeigneter Alternativarten, Einzelbäume, Herkünfte und “Kleinarten” oder Hybride wird durch weitreichende genetische Analysen unterstützt, dadurch soll eine kausale Begründung der besseren Eignung durch die spezifische genetische Ausstattung ansatzweise möglich werden.
Die Bedeutung des Projektes im Allgemeinen liegt deshalb in der Stärkung der Forstwirtschaft im Hinblick auf den Klimawandel, und auf dem Erhalt der Kulturlandschaft. Der Forstwirtschaft werden mit den Ergebnissen alternative Baumarten vorgestellt, die als Verwandte der einheimischen Eichen keinesfalls “exotisch” wirken und sich deshalb vorteilhaft in das Landschaftsbild einfügen. Arten wir die Zerreiche und südosteuropäische Arten haben das Potenzial, an der unteren Waldgrenze zum Erhalt geschlossener Wälder beizutragen, wenn auch möglicherweise die Holzqualitäten nicht dieselben, wie von den einheimischen Stiel- und Traubeneichen gewohnt, sein werden. Zusätzlich werden aber besonders für die Stieleiche vielversprechende Klone in Samenplantagen gesammelt und auf ihre Plastizität im Klimawandel getestet. Mit den Nachkommen dieser Klone kann auf bestimmten Standorten das Leistungspotenzial dieser Baumart erhalten und verbessert werden. Eine wahrscheinliche Folge des Klimawandels ist auch die zunehmende Ausbreitung von Eichenbeständen in höhere Lagen und in derzeitige Buchenwaldgebiete. Auch dafür bieten sich die Ergebnisse dieses Projektes in -zukunft an.
Durch die Identifizierung von klimarelevanten Genvarianten können Selektionsverfahren für die neuen Baumarten, Herkünfte und Hybriden in diesem Projekt beschleunigt und das Wissen über sie vertieft werden. Diese Genvarianten bieten Anhaltspunkte dafür, welche Bäume sich schon jetzt in Klimazonen durchsetzen, die den zukünftigen österreichischen entsprechen. Es ist daher zu erwarten, dass die Häufigkeit solcher Varianten beispielsweise der Zerreiche in Österreich Aussagen darüber erlaubt, wie anpassungsfähig sie in Zukunft sein wird, und ob die Einfuhr von südosteuropäischen Herkünften sinnvoll ist. Ähnliche Sachverhalte treffen auf die möglichen Hybridarten der Weißeichen in Österreich und Südosteuropa zu.
Aktuelle Herkunftsversuche mit der Stieleiche zeigen, dass es auch in Österreich qualitativ hochwertige Herkünfte gibt, die durch überdurchschnittliche Wuchs- und Formleistung überzeugen. Mit Hilfe der Zuchtwerte konnten im Frühjahr 2021 100 Elite-Eichenbäume auf zwei Standorten der Herkunftsversuche ausgewählt werden. Klone dieser Elite-Eichen werden in zwei nationalen Samenplantagen (50 Klone pro Plantage) im Frühjahr 2023 ausgepflanzt. Neue Samenplantagen sollen nicht nur Probleme der geringen Verfügbarkeit und der steigenden Nachfrage nach Vermehrungsgut am Markt lösen, sondern auch eine bessere Wuchsleistung und bessere Formeigenschaften der Stieleiche erzielen. Es ist jedoch unklar, wie die ausgewählten Elite-Eichen mit der Trockenheit, die in Zukunft häufiger und länger anhaltend auftreten wird, zurecht kommen werden, da die Trockenheitstoleranz der Elite-Eichen nicht als Selektionskriterium galt. Dabei ist die Trockenheit ein wichtiger Umweltstress, der nicht nur das Überleben und das Wachstum, aber auch die Produktivität der Eiche einschränkt. Da gerade die Samenplantagen, und nicht die Saatgutbestände, als die Saatgutquelle für klimafitte Wälder der Zukunft gesehen werden (in Österreich bestehen derzeit 111 Saatgut-Erntebestände der Stieleiche), ist die Einschätzung ihres Reaktionsvermögens (Plastizität) auf Trockenstress von großer Bedeutung und kann als ein zusätzliches Charakteristikum einer Plantage angesehen werden.
Für die Roteiche wird sich herausstellen, ob die österreichischen Bestände auch in Zukunft gut für Saatguternten geeignet sind, und ob ausgewählte Klone eine Verbesserung - ohne Einschränkung der erforderlichen genetischen Vielfalt - bringen können.